JP2588348B2 - Variable shape actuator - Google Patents
Variable shape actuatorInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は柔軟運動が可能な形状可
変アクチュエータに関し、さらに詳細には出力部が支持
部との平行を保ったまま移動して薄板状対象物や小寸対
象物を確実に把持できる形状可変アクチュエータに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable-shape actuator capable of flexible movement, and more particularly, to a thin-plate-shaped object or a small-sized object by moving an output unit while keeping it parallel to a support unit. The present invention relates to a shape-variable actuator that can be gripped by a user.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体製造工程においては、ウェハに機
械的衝撃が加わると内部欠陥が発生してその電気特性に
影響することがある。また、このような機械的衝撃によ
り必然的に発生するパーティクルは、ウェハ上に形成さ
れるべき微細回路素子よりも大きいことがあるので、必
要な微細回路加工を妨害することになる。これらの理由
により、半導体製造上、機械的衝撃は可能な限り排除す
べきである。しかし従来、モータ、ピストン機構のよう
なアクチュエータにおける機械的運動要素は、一般には
剛性のある構造とされ、かかる剛性によりミクロンオー
ダの運動と位置決め精度を持ちうるように構成されてい
る。このような剛的な運動要素が所定の運動をしている
途中に他の部材等に当たると、機械的衝撃を発生するこ
とになる。以下これを硬い動きという。したがって前記
半導体製造工程におけるウェハ搬送等にこのような硬い
動きを用いる場合には、極度に綿密な位置制御および速
度制御を行って、機械的衝撃の発生を抑える必要があ
る。2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing process, when a mechanical shock is applied to a wafer, an internal defect is generated, which may affect its electrical characteristics. Further, particles necessarily generated by such mechanical shock may be larger than the fine circuit elements to be formed on the wafer, and thus hinder necessary fine circuit processing. For these reasons, mechanical shock should be eliminated as much as possible in semiconductor manufacturing. However, conventionally, a mechanical movement element in an actuator such as a motor or a piston mechanism generally has a rigid structure, and is configured to have a movement on the order of microns and positioning accuracy by the rigidity. If such a rigid motion element hits another member or the like while performing a predetermined motion, a mechanical impact will be generated. Hereinafter, this is called a hard movement. Therefore, when such a hard movement is used for the wafer transfer or the like in the semiconductor manufacturing process, extremely precise position control and speed control need to be performed to suppress the occurrence of mechanical shock.
【0003】これに対し、現在のロボット駆動に見られ
るように、発達した視覚、触覚センサを利用したマイク
ロプロセッサによる統括制御の下で使用されるアクチュ
エータは、必ずしも剛構造であり、かつ高加工精度を有
するものばかりでなくてもよい。むしろ、柔軟な動きが
可能なフレキシブルアクチュエータをかかる統括制御下
にて用いれば、人間の手指に代替できる人工手指の開発
につながるものと期待されている。したがって、このよ
うな柔軟な動きをするアクチュエータによれば、硬い動
きをするアクチュエータに比べてはるかに簡単な制御下
で、半導体製造工程に適用可能な無衝撃の搬送機構が実
現できると考えられる。On the other hand, as seen in current robot driving, an actuator used under the integrated control by a microprocessor using a developed visual and tactile sensor is not necessarily a rigid structure and has a high machining accuracy. Not only those having Rather, it is expected that the use of a flexible actuator capable of flexible movement under such general control will lead to the development of artificial fingers that can replace human fingers. Therefore, it is considered that such a flexible-moving actuator can realize a shock-free transport mechanism applicable to a semiconductor manufacturing process under much simpler control than a hard-moving actuator.
【0004】そこで、かかる用途へ適用すべきフレキシ
ブルアクチュエータとしていくつかの提案がなされてい
る。例えば第1の例として、ゴム管内を円周方向に3室
に分割して軸方向に長い3つの圧力室の集合体としたも
ので、各圧力室にそれぞれ異なる圧力を印加することに
より、湾曲、軸方向の伸長、軸回りのねじり等、多様な
柔軟変形を可能としたものが知られている。(鈴森、日
本機械学会論文集C編(平1−10)、2547〜25
52)Therefore, some proposals have been made as flexible actuators to be applied to such applications. For example, as a first example, the inside of a rubber tube is divided into three chambers in the circumferential direction to form an aggregate of three pressure chambers that are long in the axial direction. Various types of flexible deformation such as extension in the axial direction and torsion around the axis are known. (Suzumori, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, C Edition (Hei 1-10), 2547-25
52)
【0005】あるいは第2の例として、ゴム管32の周
囲に強化繊維(周強化繊維)33を密に巻き、そして別
の強化繊維(軸強化繊維)34を軸方向に沿って接合し
たもの(図12)がある。周強化繊維33はゴム管内に
加圧されたとき、ゴム巻の径が膨張するのを防ぎ、軸方
向にのみ膨張させる作用がある。そして軸強化繊維34
が接合されている箇所においては軸方向の膨張も防がれ
るので、このアクチュエータは加圧されると、軸強化繊
維34のないところが膨張し、全体としては軸強化繊維
34側を内側に湾曲することになる(図13)。(田
中、機械設計36、8(1992−7)、32〜39) これらのフレキシブルアクチュエータを、半導体製造装
置のウェハ搬送装置に応用すれば、機械的衝撃による内
部欠陥やパーティクルの発生のおそれがない、すぐれた
ウェハ搬送機構が実現されるものと期待されている。[0005] Alternatively, as a second example, a reinforcing fiber (peripheral reinforcing fiber) 33 is densely wound around a rubber tube 32, and another reinforcing fiber (axial reinforcing fiber) 34 is joined along the axial direction ( FIG. 12). When the circumferential reinforcing fibers 33 are pressurized in the rubber tube, they have an effect of preventing the diameter of the rubber winding from expanding and expanding only in the axial direction. And the shaft reinforcing fiber 34
When the actuator is pressurized, the portion where the shaft reinforcing fiber 34 is not provided expands, and as a whole, the shaft reinforcing fiber 34 is curved inward. (FIG. 13). (Tanaka, Mechanical Design 36, 8 (1992-7), 32-39) If these flexible actuators are applied to a wafer transfer device of a semiconductor manufacturing device, there is no risk of generating internal defects or particles due to mechanical shock. It is expected that an excellent wafer transfer mechanism will be realized.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た各フレキシブルアクチュエータは種々の問題点を有し
ている。第1のアクチュエータは、それ自体で多様な動
作が可能であるが、円周方向に3分割されたゴム管の製
作は容易ではなく、コスト的に不利である。特に、細径
長寸のものの実現は困難となる。また、使用するにあた
って3種類の圧力の圧縮空気を必要とするという難点が
ある。さらに、3室の形状と供給圧とによる管の実際の
変形挙動の解析にはきわめて複雑な3次元解析を要す
る。よって、管設計および駆動圧力設計には、例えば有
限要素法を利用した高度な解析技術が必要となり、使用
にあたっての負担が大きい。However, each of the above-mentioned flexible actuators has various problems. Although the first actuator can perform various operations by itself, it is not easy to manufacture a rubber tube divided into three in the circumferential direction, and it is disadvantageous in cost. In particular, it is difficult to realize a small-diameter long one. Further, there is a drawback that compressed air of three types of pressure is required for use. Furthermore, an extremely complicated three-dimensional analysis is required to analyze the actual deformation behavior of the tube based on the shape of the three chambers and the supply pressure. Therefore, advanced analysis technology using, for example, the finite element method is required for pipe design and drive pressure design, and the burden on use is large.
【0007】第2のアクチュエータにおいてはこの問題
点が解消されており、一方の端が固定され、非固定端を
出力端として使用するように考えられている。しかし、
このアクチュエータは全体が湾曲して動くので、出力端
たる非固定端は、図14に示すように位置と角度との両
方が変化することになる。したがって、このアクチュエ
ータで例えばシリコンウェハのような薄板状対象物を把
持しようとすると、アクチュエータと対象物との接触が
点接触となってしまい、把持が安定しない。また、この
ときのアクチュエータの出力端の軸方向すなわち図中左
右方向の変位は、概ねアクチュエータの全長に比例しか
なり大きいので、把持しようとする対象物の位置に対す
るアクチュエータ取付位置の設定が容易でなく、特に小
寸対象物の把持がしにくい。また、図12および図13
のような片端固定の場合、対象物の重さによっては振動
が発生し位置精度が悪くなるので、両端固定とするのが
好ましいのであるが、このアクチュエータでは、両端を
固定すると加圧しても動くことができない。In the second actuator, this problem has been solved. One end is fixed, and the non-fixed end is used as an output end. But,
Since the entire actuator moves in a curved manner, both the position and the angle of the non-fixed end, which is the output end, change as shown in FIG. Therefore, when trying to grip a thin plate-like object such as a silicon wafer with this actuator, the contact between the actuator and the object becomes a point contact, and the grip is not stable. In this case, the displacement of the output end of the actuator in the axial direction, that is, in the horizontal direction in the drawing, is substantially large in proportion to the overall length of the actuator, so that it is not easy to set the actuator mounting position with respect to the position of the object to be grasped. In particular, it is difficult to grip a small object. 12 and FIG.
In the case of fixed at one end, vibration is generated depending on the weight of the object and the position accuracy is deteriorated. Therefore, it is preferable to fix both ends. Can not do.
【0008】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、出力部が、角度を変えることな
く、また、チューブ軸方向への変位を最小限としたま
ま、チューブ軸に対して垂直な方向に変位することによ
り、薄板状対象物を確実に把持することができ、また対
象物に対するアクチュエータの取付位置の設定が容易
で、小寸対象物の把持がしやすい、半導体製造分野に適
した形状可変アクチュエータを提供することを目的とす
る。また、チューブの両端において固定され、アクチュ
エータの中央部にて対象物を把持し、対象物の重量によ
る振動発生が少なく、位置精度のよい、半導体製造分野
に適した形状可変アクチュエータを提供することを目的
とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an output portion is provided on a tube shaft without changing the angle and with a minimum displacement in the tube axis direction. By displacing in the direction perpendicular to the object, it is possible to securely grip a thin plate-shaped object, and it is easy to set the mounting position of the actuator with respect to the object and to easily grip a small object. An object of the present invention is to provide a variable shape actuator suitable for a field. It is also an object of the present invention to provide a variable shape actuator which is fixed at both ends of a tube, grips an object at the center of the actuator, generates less vibration due to the weight of the object, has good positional accuracy, and is suitable for the semiconductor manufacturing field. Aim.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明の形状可変アクチュエータは、柔軟性のあるチ
ューブと、前記チューブの周囲に巻回された周強化繊維
と、前記チューブに接合された軸強化繊維とを有する形
状可変アクチュエータであって、第一の前記軸強化繊維
は始端から始端と180゜対向する位置にある終端まで
前記チューブの周囲に半周に渡って接合され、第二の前
記軸強化繊維は前記第一の軸強化繊維の始端から終端に
渡って第一の軸強化繊維の反対側に接合されていること
を特徴とすることを特徴とする構成とされる。または、
本発明の形状可変アクチュエータは、複数組の前記軸強
化繊維を有し、各軸強化繊維の始端の位置が前記チュー
ブの軸方向に対して同一直線上にあることを特徴とする
前記の構成とされる。または、本発明の形状可変アクチ
ュエータは、両端が固定されていることを特徴とする前
記の構成とされる。In order to achieve the above-mentioned object, a variable-shape actuator according to the present invention comprises a flexible tube, a circumferential reinforcing fiber wound around the tube, and joined to the tube. A variable axis actuator having a shaft reinforcing fiber, wherein the first shaft reinforcing fiber is joined around the circumference of the tube from a start end to an end at a position 180 ° opposite to the start end around a half circumference; The shaft-reinforcing fiber is joined to the opposite side of the first shaft-reinforcing fiber from the beginning to the end of the first shaft-reinforcing fiber. Or
The shape-variable actuator of the present invention includes a plurality of sets of the shaft-reinforcing fibers, wherein the position of the starting end of each shaft-reinforcing fiber is on the same straight line with respect to the axial direction of the tube. Is done. Alternatively, the variable-shape actuator of the present invention has the above-mentioned configuration, wherein both ends are fixed.
【0010】[0010]
【作用】前記構成を有する本発明の形状可変アクチュエ
ータでは、チューブ内に空気圧を印加すると、チューブ
に接合されている強化繊維により部分的に伸縮が規制さ
れるので、チューブがS字状に湾曲し、出力端は角度を
変化させることなく変位する。印加した圧力を開放する
と、チューブが直線状態にもどる。かかる動きにより、
薄板状対象物を柔軟にかつ確実に把持することができ
る。両端が固定されたアクチュエータでは、チューブ内
に空気圧を印加すると、アクチュエータの中央部が変位
する。印加した圧力を開放すると、チューブが直線状態
にもどる。かかる動きにより、板状対象物を柔軟にかつ
確実に把持することができる。In the variable-shape actuator of the present invention having the above-mentioned structure, when air pressure is applied to the inside of the tube, the expansion and contraction of the tube is partially restricted by the reinforcing fibers bonded to the tube. , The output end is displaced without changing the angle. When the applied pressure is released, the tube returns to a linear state. With such a movement,
The thin plate-shaped object can be gripped flexibly and reliably. In an actuator with fixed ends, when air pressure is applied to the tube, the center of the actuator is displaced. When the applied pressure is released, the tube returns to a linear state. By such movement, the plate-like object can be grasped flexibly and reliably.
【0011】[0011]
【実施例】以下、本発明の形状可変アクチュエータを具
体化した実施例を図面を参照して説明する。図1(a)
は本実施例の形状可変アクチュエータの構成図である。
図1(a)に示すアクチュエータ1は、柔軟性のあるチ
ューブ2に接着剤により強化繊維を接合したものであ
る。かかる強化繊維は、チューブ2の軸方向に垂直なも
のと軸方向に垂直でないものとの2種類がある。軸方向
に垂直な周強化繊維3は、チューブ2をその全長にわた
って密に巻回しており、チューブ2の半径方向の伸長収
縮を規制する機能を有している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment embodying a variable shape actuator according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 (a)
FIG. 2 is a configuration diagram of the variable shape actuator of the present embodiment.
The actuator 1 shown in FIG. 1A is obtained by joining reinforcing fibers to a flexible tube 2 with an adhesive. There are two types of such reinforcing fibers, those that are perpendicular to the axial direction of the tube 2 and those that are not perpendicular to the axial direction. The circumferential reinforcing fibers 3 perpendicular to the axial direction are tightly wound around the entire length of the tube 2 and have a function of restricting the radial expansion and contraction of the tube 2.
【0012】そしてチューブ2には軸強化繊維4が接合
されている。ここで軸強化繊維4の接合位置は、始端5
と終端7とが約180゜対向するようになっており、周
強化繊維3を省略して示す図1(b)の斜視図にみるよ
うにチューブ2の前面側に第一の軸強化繊維である第1
枝が、そして背面側に第二の軸強化繊維である第2枝が
接合されている。図1(a)中では第1枝と第2枝とは
重畳している。軸強化繊維4は、接合されている位置に
おいて、チューブ2の伸長収縮を規制する機能を有して
いるとともに、チューブ2の半径方向のうち意図する変
形と直角な方向への湾曲を規制する機能を有している。
かかるアクチュエータ1は、その一端がチューブホルダ
6に固定して取り付けられており、そして、給圧ホース
12を介して圧縮空気ボンベ9に接続されている。遮断
弁10は圧縮空気ボンベ9からアクチュエータ1への圧
縮空気の供給を断続するものであり、開放弁11はアク
チュエータ1に供給された圧縮空気を大気に開放してア
クチュエータ1を自然状態に復帰させるものである。The tube 2 has an axial reinforcing fiber 4 bonded thereto. Here, the joining position of the shaft reinforcing fiber 4 is the starting end 5.
As shown in the perspective view of FIG. 1 (b), in which the peripheral reinforcing fibers 3 are omitted, the first shaft reinforcing fibers are provided on the front side of the tube 2 as shown in FIG. A certain first
A branch and a second branch which is a second axial reinforcing fiber are joined to the back side. In FIG. 1A, the first branch and the second branch are overlapped. The axial reinforcing fiber 4 has a function of restricting the elongation and contraction of the tube 2 at the position where the shaft reinforcing fiber 4 is joined, and a function of restricting the bending of the tube 2 in a direction perpendicular to the intended deformation in the radial direction. have.
One end of the actuator 1 is fixedly attached to the tube holder 6, and is connected to a compressed air cylinder 9 via a pressure supply hose 12. The shutoff valve 10 interrupts the supply of the compressed air from the compressed air cylinder 9 to the actuator 1, and the release valve 11 releases the compressed air supplied to the actuator 1 to the atmosphere to return the actuator 1 to a natural state. Things.
【0013】以上の構成を有するアクチュエータ1は、
自然状態、すなわちチューブ2の内部が大気圧であると
きには、図1(a)に示すように直線状となっている。
そして、開放弁11を閉じ遮断弁10を開くと、圧縮空
気ボンベ9から圧縮空気が供給され、チューブ2の内部
は加圧される。このとき柔軟性のあるチューブ2は全体
に膨張しようとするが、接合されている各強化繊維によ
り伸長が部分的に規制されていることにより独特の動き
を示す。すなわち、全長にわたって巻回されている周強
化繊維3により半径方向の伸長が規制されるので、チュ
ーブ2は主として軸方向に伸長しようとする。ところが
軸強化繊維4により、軸方向の伸長が規制される部分が
楕円状に存在している。軸強化繊維4の接合されていな
い部位では、軸方向の伸長は規制されない。The actuator 1 having the above configuration is
When it is in a natural state, that is, when the inside of the tube 2 is at atmospheric pressure, the tube 2 has a linear shape as shown in FIG.
When the open valve 11 is closed and the shutoff valve 10 is opened, compressed air is supplied from the compressed air cylinder 9 and the inside of the tube 2 is pressurized. At this time, the flexible tube 2 tends to expand in its entirety, but exhibits a unique movement because the extension is partially restricted by the reinforcing fibers to be joined. That is, since the elongation in the radial direction is regulated by the circumferential reinforcing fibers 3 wound over the entire length, the tube 2 mainly tends to elongate in the axial direction. However, the portion where the axial reinforcement is restricted by the axial reinforcing fiber 4 exists in an elliptical shape. At a portion where the axial reinforcing fibers 4 are not bonded, the axial elongation is not restricted.
【0014】このためアクチュエータ1は、軸強化繊維
4を半径として回転する動きを見せS字状に変形し、図
2に示すように出力端8は図中上方に移動する。このと
きのアクチュエータ1の変形は、中心点に対して左右対
称であるため、出力端8におけるアクチュエータ1の傾
きは相殺され0゜となる。遮断弁10を閉じ開放弁11
を開くと、チューブ2の内部は大気圧となり、図1
(a)の直線状態にもどる。For this reason, the actuator 1 deforms in an S-shape showing the rotation of the shaft reinforcing fiber 4 as a radius, and the output end 8 moves upward in the figure as shown in FIG. Since the deformation of the actuator 1 at this time is symmetric with respect to the center point, the inclination of the actuator 1 at the output end 8 is canceled out to be 0 °. Shut off valve 10 and open valve 11
Is opened, the inside of the tube 2 becomes atmospheric pressure, and FIG.
The state returns to the linear state of FIG.
【0015】このときのアクチュエータ1の出力端8の
動きについて考察する。出力端8の動きのうち角度の変
化すなわち傾きは前記のように0°であるので、考察の
対象は図中x方向とy方向とのそれぞれの変位である。
アクチュエータ1で実際にものを把持することを考える
と、重要なのは必要なy変位を得るに当たっていかにx
変位が少なくてすむかということである。Consider the movement of the output end 8 of the actuator 1 at this time. Since the change in the angle, that is, the inclination, of the movement of the output end 8 is 0 ° as described above, the objects to be considered are the displacements in the x direction and the y direction in the drawing.
Considering that the actuator 1 actually grips an object, what is important is whether or not to obtain the necessary y displacement.
That is, there is little displacement.
【0016】したがってx変位をy変位の関数として表
すのがよい。アクチュエータ1におけるx変位をx1
と、y変位をy1 とすれば(図3参照、図3はアクチュ
エータ1の動きを説明する図であり、周強化繊維3を省
略して示す)、 x1 =y1 *(cosα2 −cosα1 )/(sinα2 −sinα1 ) (1) で表される。ここでα1 は加圧されていない状態でのア
クチュエータ1における軸強化繊維4がチューブ2の軸
方向(図中水平方向)に対してなす角を意味し、α2 は
加圧時におけるアクチュエータ1の軸強化繊維4が図中
の水平方向に対してなす角である。よってα1 は負の値
である。Therefore, it is desirable to represent the x displacement as a function of the y displacement. X displacement of actuator 1 is x 1
, And y displacement is y 1 (see FIG. 3, FIG. 3 is a view for explaining the movement of the actuator 1, and the peripheral reinforcing fibers 3 are omitted), and x 1 = y 1 * (cos α 2 − cos α 1 ) / (sin α 2 −sin α 1 ) (1) Here, α 1 means the angle formed by the axial reinforcing fiber 4 of the actuator 1 in a non-pressurized state with respect to the axial direction of the tube 2 (horizontal direction in the drawing), and α 2 denotes the actuator 1 in the pressurized state. Is the angle formed by the axial reinforcing fiber 4 with respect to the horizontal direction in the figure. Therefore, α 1 is a negative value.
【0017】そして、比較のために図14に従来のアク
チュエータの動きを周強化繊維33を省略して示す。図
14においてx変位をx2 と、y変位をy2 とすれば、 x2 =(y2 *sinα3 )/(1−cosα3 )−L (2) で表される。ここでLはアクチュエータの全長を、α3
は図14中出力端における傾き角を示す。なお、アクチ
ュエータ全体が均一に円弧状に湾曲するものとしてい
る。ここで、(1)式および(2)式に代表的な数値を
代入して両者を比較してみる。まず、両者ともアクチュ
エータの長さを10cmとし、径Dを1cmとする。さ
らに、必要なy変位を4cmとする。よってL=10c
m、y1 =y2 =4cmである。For comparison, FIG. 14 shows the movement of the conventional actuator without the peripheral reinforcing fibers 33. In FIG. 14, assuming that x displacement is x 2 and y displacement is y 2 , x 2 = (y 2 * sin α 3 ) / (1−cos α 3 ) −L (2) Where L is the total length of the actuator, α 3
Indicates the tilt angle at the output end in FIG. Note that the entire actuator is uniformly curved in an arc shape. Here, representative numerical values are substituted into the expressions (1) and (2), and the two are compared. First, in both cases, the length of the actuator is 10 cm, and the diameter D is 1 cm. Further, the required y displacement is 4 cm. Therefore, L = 10c
m, y 1 = y 2 = 4 cm.
【0018】これにより、本実施例のアクチュエータ1
におけるα1 およびα2 が求まる。α1 は、非加圧時に
おけるアクチュエータ1の軸強化繊維4がチューブ2の
軸方向に対してなす角であり、ここでは負の値となるの
で、 tanα1 =−(1cm)/(10cm) =−0.1 となり、 α1 =−0.0997(rad)(=−5.71゜) (3) が得られる。Thus, the actuator 1 of this embodiment
Α 1 and α 2 at are obtained. α 1 is an angle formed by the axial reinforcing fiber 4 of the actuator 1 with respect to the axial direction of the tube 2 when not pressurized, and has a negative value here, so tan α 1 = − (1 cm) / (10 cm) = −0.1, and α 1 = −0.0997 (rad) (= −5.71 °) (3) is obtained.
【0019】一方α2 は、 sinα2 =(y1 −D)/R1 (R1 は図中での
軸強化繊維4の長さ) となり、 R1 =L/cosα1 なので、 R1 =(10cm)/cos(−0.0997(ra
d)) =10.1(cm) となり、 sinα2 =(4cm−1cm)/(10.1cm) =0.297 となり、 α2 =0.302(rad)(=17.3゜) (4) が得られる。On the other hand, α 2 is sin α 2 = (y 1 −D) / R 1 (R 1 is the length of the axial reinforcing fiber 4 in the figure). Since R 1 = L / cos α 1 , R 1 = (10 cm) / cos (-0.0997 (ra
d)) = 10.1 (cm), sin α 2 = (4 cm−1 cm) / (10.1 cm) = 0.297, and α 2 = 0.302 (rad) (= 17.3 °) (4) ) Is obtained.
【0020】そして、従来のアクチュエータにおけるα
3 は、図14よりLとの間に R2 α3 =L (5) との関係が成り立つ。ここでR2 は弧状に湾曲している
アクチュエータの曲率半径である。さらに図14より、 y2 =R2 −R2 cosα3 (6) なる関係を読みとることができる。ここではL=10c
m、y2 =4cmであるから、 R2 α3 =10(cm) (7) R2 −R2 cosα3 =4(cm) (8) となり、これを満たすR2 、α3 は、 R2 =11.8(cm) (9) α3 =0.85(rad)(=48.7゜) (10) である。Then, in the conventional actuator, α
3, holds the relationship between R 2 α 3 = L (5 ) between the L from FIG. Here, R 2 is the radius of curvature of the actuator curved in an arc shape. Further, from FIG. 14, the relationship of y 2 = R 2 −R 2 cos α 3 (6) can be read. Here, L = 10c
m, since it is y 2 = 4cm, R 2 α 3 = 10 (cm) (7) R 2 -R 2 cosα 3 = 4 (cm) (8) next, R 2, α 3 satisfying this, R 2 = 11.8 (cm) (9) α 3 = 0.85 (rad) (= 48.7 °) (10)
【0021】よって、(1)式に(3)式と(4)式と
を代入し、さらにy1 =4cmであるから、 x1 =−0.40cm が得られる。一方(2)式に(10)式を代入し、さら
にL=10cm、y2 =4cmであるから、 x2 =−1.16cm が得られる。以上より、本実施例のアクチュエータ1に
おけるx変位x1 は、従来のアクチュエータにおけるx
変位x2 より小さいことがわかる。Therefore, the equations (3) and (4) are substituted into the equation (1), and since y 1 = 4 cm, x 1 = −0.40 cm is obtained. On the other hand, the equation (10) is substituted into the equation (2), and since L = 10 cm and y 2 = 4 cm, x 2 = −1.16 cm is obtained. As described above, the x displacement x 1 in the actuator 1 of this embodiment is x
Small it can be seen than the displacement x 2.
【0022】したがって例えば、平板上に置かれた径1
mm程度の小寸対象物を把持しようとする場合を考える
と、2組のアクチュエータを当該対象物の近傍へ搬送
し、アクチュエータに湾曲変形を起こさせて針状対象物
を挟持するのであるが、このとき従来のアクチュエータ
では、前記したx変位が対象物の大きさと同程度かまた
はそれ以上となり、かつアクチュエータ先端が傾いて対
象物に対して点接触となるので対象物の挟持がしにく
い。これに対して本実施例のアクチュエータ1では、前
記したようにx変位が小さく、かつアクチュエータ1の
先端が傾かないので対象物に対して点接触とならず、小
寸対象物を確実に挟持することができる。以上説明した
ように、本実施例のアクチュエータ1では従来のアクチ
ュエータと比較して、把持しようとする対象物の位置に
対するアクチュエータ取付位置の設定が容易であり、小
寸対象物の把持がしやすく、半導体製造分野に適してい
る。Therefore, for example, a diameter 1 placed on a flat plate
Considering a case where a small object of about mm is to be grasped, two sets of actuators are transported to the vicinity of the object, and the needle-shaped object is pinched by causing the actuator to bend and deform. At this time, in the conventional actuator, the above-mentioned x displacement is equal to or larger than the size of the object, and the tip of the actuator is inclined to make point contact with the object, so that it is difficult to hold the object. On the other hand, in the actuator 1 of the present embodiment, as described above, the x displacement is small and the tip of the actuator 1 does not tilt, so that point contact does not occur with the object, and the small object is securely clamped. be able to. As described above, in the actuator 1 of the present embodiment, as compared with the conventional actuator, the setting of the actuator mounting position with respect to the position of the object to be grasped is easy, and the small object can be easily grasped. Suitable for the semiconductor manufacturing field.
【0023】次に、本発明の第2の実施例について図4
に基づいて説明する。図4に示すのは、本実施例の形状
可変アクチュエータの構成図である。図4に示すアクチ
ュエータ20は、図1のアクチュエータ1とほぼ同様の
構成を有するアクチュエータであり、柔軟性のあるチュ
ーブ21に接着剤により周強化繊維22を接合したもの
である。給圧ホース36、遮断弁38を介して圧縮空気
ボンベ37から圧縮空気が供給されること、開放弁35
により圧縮空気の開放ができることも、アクチュエータ
1と同様である。アクチュエータ1との違いは、2本の
軸強化繊維23、24が接合されていること、チューブ
ホルダ26、チューブホルダ27により両端が固定され
ていることにある。そして、軸強化繊維23の始端28
と軸強化繊維24の始端31とがチューブ21の同軸上
にあり、軸強化繊維23の終端29と軸強化繊維24の
終端30とがチューブ21の同軸上にある。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
It will be described based on. FIG. 4 is a configuration diagram of the variable shape actuator of the present embodiment. The actuator 20 shown in FIG. 4 is an actuator having substantially the same configuration as the actuator 1 of FIG. 1, in which a circumferential reinforcing fiber 22 is bonded to a flexible tube 21 by an adhesive. Supply of compressed air from a compressed air cylinder 37 via a pressure supply hose 36 and a shutoff valve 38;
, The compressed air can be released in the same manner as the actuator 1. The difference from the actuator 1 is that two shaft reinforcing fibers 23 and 24 are joined, and both ends are fixed by a tube holder 26 and a tube holder 27. And the starting end 28 of the shaft reinforcing fiber 23
The starting end 31 of the shaft reinforcing fiber 24 is coaxial with the tube 21, and the terminal end 29 of the shaft reinforcing fiber 23 and the terminal end 30 of the shaft reinforcing fiber 24 are coaxial with the tube 21.
【0024】かかる構成を有するアクチュエータ20
に、遮断弁38を開いて圧縮空気ボンベ37から圧縮空
気を供給すると、アクチュエータ20の図中左半分がア
クチュエータ1と同様の変形を示し、右半分はアクチュ
エータ1と対称の変形を示すので、図5のようにアクチ
ュエータ20の中央部が図中上向きに移動することにな
る。遮断弁38を閉じ開放弁35を開くと、圧縮空気が
開放されアクチュエータ20は図4の直線状態に戻る。The actuator 20 having such a configuration
When the shut-off valve 38 is opened and compressed air is supplied from the compressed air cylinder 37, the left half of the actuator 20 in the figure shows the same deformation as the actuator 1, and the right half shows the deformation symmetric with the actuator 1. 5, the central portion of the actuator 20 moves upward in the figure. When the shutoff valve 38 is closed and the release valve 35 is opened, the compressed air is released and the actuator 20 returns to the linear state of FIG.
【0025】アクチュエータ20においては、上下移動
する中央部にて対象物を把持することとなるが、チュー
ブホルダ26、チューブホルダ27により両端が固定さ
れているので、把持する対象物の重量による振動発生が
軽減され、位置精度が向上する。また、両端が固定され
ていることの効果として、軸強化繊維23および軸強化
繊維24の接合位置がさほど厳密でなくてもよいという
効果もある。さらに、図4中チューブホルダ27の先に
もう1つのアクチュエータ20を配置し、同時に作動さ
せることができる。このときアクチュエータ20は、ア
クチュエータとしての機能と配管としての機能とを兼ね
ているといえる。In the actuator 20, the target object is gripped at the central portion which moves up and down. Since both ends are fixed by the tube holder 26 and the tube holder 27, vibration occurs due to the weight of the target object to be gripped. Is reduced, and the position accuracy is improved. Further, as an effect of fixing both ends, there is also an effect that the joining position of the shaft reinforcing fiber 23 and the shaft reinforcing fiber 24 does not have to be so strict. Further, another actuator 20 can be arranged at the end of the tube holder 27 in FIG. 4 and can be operated simultaneously. At this time, it can be said that the actuator 20 has both the function as an actuator and the function as a pipe.
【0026】さらに、3つ以上のアクチュエータ20を
環状に配置して同時に作動するようにすれば、環の中央
に置いた板状対象物(例えばシリコンウェハ等)の把持
ができ、半導体製造分野に適している。例えば図6に示
すのは、4つのアクチュエータ20を環状に配置するこ
とにより実現したウェハ把持装置60である。ウェハ把
持装置60においては、4つのチューブホルダ64が4
つのアクチュエータ20の両端を固定している。ウェハ
把持装置60は、共通加圧口61から加圧すると、図7
に示すように、4つのアクチュエータ20が同時に変形
して、各アクチュエータ20の中央に取り付けられてい
るウェハクリップ63がウェハ62を把持する。ウェハ
62を把持しているウェハ把持装置60を搬送すること
により、半導体製造装置から別の半導体製造装置へのウ
ェハ62の移動ができる。Furthermore, if three or more actuators 20 are arranged in a ring and operated simultaneously, a plate-like object (for example, a silicon wafer) placed at the center of the ring can be gripped, and the semiconductor manufacturing field can be increased. Are suitable. For example, FIG. 6 shows a wafer holding device 60 realized by arranging four actuators 20 in a ring shape. In the wafer holding device 60, four tube holders 64
Both ends of one actuator 20 are fixed. When pressurized from the common pressurizing port 61, the wafer holding device 60
As shown in (4), the four actuators 20 are simultaneously deformed, and the wafer clip 63 attached to the center of each actuator 20 grips the wafer 62. By transferring the wafer holding device 60 holding the wafer 62, the wafer 62 can be moved from the semiconductor manufacturing apparatus to another semiconductor manufacturing apparatus.
【0027】さらに、前述した各実施例のアクチュエー
タを変形した例についてのべる。図8に示すのは、図1
のアクチュエータ1を変形したアクチュエータ40であ
る。アクチュエータ40は、軸強化繊維41と軸強化繊
維42との2本の軸強化繊維をチューブ2に接合したも
のであり、他の構成はアクチュエータ1と同様である。
アクチュエータ40は、加圧されると図9のような形状
となり、アクチュエータ1の場合と同様、出力端43は
図8の状態から角度を変えずに変位しており、チューブ
2の軸方向と平行な方向への変位も小さい。したがって
アクチュエータ40によってもアクチュエータ1と同
様、薄板状対象物を確実に把持でき、対象物に対するア
クチュエータ40の位置設定も容易であり、小寸対象物
の把持がしやすい。さらに、軸強化繊維を3本以上とし
てもよい。Further, an example in which the actuator of each embodiment described above is modified will be described. FIG. 8 shows that FIG.
The actuator 40 is a modification of the actuator 1 of FIG. The actuator 40 is formed by joining two shaft reinforcing fibers, a shaft reinforcing fiber 41 and a shaft reinforcing fiber 42, to the tube 2, and the other configuration is the same as that of the actuator 1.
When the actuator 40 is pressurized, the actuator 40 takes a shape as shown in FIG. 9, and similarly to the case of the actuator 1, the output end 43 is displaced from the state of FIG. 8 without changing the angle, and is parallel to the axial direction of the tube 2. Displacement in various directions is also small. Therefore, similarly to the actuator 1, the thin plate-shaped object can be surely grasped by the actuator 40, the position of the actuator 40 with respect to the object can be easily set, and the small object can be easily grasped. Further, three or more axial reinforcing fibers may be used.
【0028】図10に示すのは、図3のアクチュエータ
20を変形したアクチュエータ50である。アクチュエ
ータ50は、軸強化繊維51、軸強化繊維52、軸強化
繊維53、軸強化繊維54の4本の軸強化繊維をチュー
ブ21に接合したものであり、他の構成はアクチュエー
タ20と同様である。アクチュエータ50は、加圧され
ると図11のような形状となり、アクチュエータ20の
場合と同様、中央部が図中上向きに移動することにな
る。したがってアクチュエータ50もアクチュエータ2
0と同様に中央部で対象物を把持し、対象物の重量によ
る振動は少ないので位置精度がよい。軸強化繊維の本数
をさらにふやしてもよい。また、アクチュエータ50に
配管としての機能を兼ねさせ、2以上のアクチュエータ
50を同時に作動させることもできる。FIG. 10 shows an actuator 50 obtained by modifying the actuator 20 shown in FIG. The actuator 50 is formed by joining four shaft reinforcing fibers of a shaft reinforcing fiber 51, a shaft reinforcing fiber 52, a shaft reinforcing fiber 53, and a shaft reinforcing fiber 54 to the tube 21, and the other configuration is the same as that of the actuator 20. . When the actuator 50 is pressurized, the actuator 50 takes a shape as shown in FIG. 11, and the central portion moves upward in the figure as in the case of the actuator 20. Therefore, the actuator 50 is also the actuator 2
As in the case of 0, the target object is gripped at the center and the vibration due to the weight of the target object is small, so that the positional accuracy is good. The number of axial reinforcing fibers may be further increased. Further, the actuator 50 can also function as a pipe, and two or more actuators 50 can be simultaneously operated.
【0029】なお、以上の各実施例のアクチュエータに
おいて、チューブの材質として例えばシリコーンゴム、
生ゴム等が考えられるが、これらに限らず適度な柔軟性
と伸縮性を備えるものであれば何でもよい。また、周強
化繊維、軸強化繊維の材質としては、金属、炭素繊維の
ほか、絹糸等でもよいが、チューブおよび接着剤とのな
じみがよく、動作方向にのみ柔軟性が高く非動作方向に
は柔軟性が低いものを選択すべきである。そしてこれら
を接合する接着剤としては、チューブと同質のものを用
いるのがよい。なお、前記実施例は本発明を限定するも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において
種々の変形、改良が可能であることはもちろんである。In the actuators of the above embodiments, for example, silicone rubber,
Raw rubber or the like is conceivable, but is not limited thereto, and any material having appropriate flexibility and elasticity may be used. In addition, as the material of the peripheral reinforcing fiber and the shaft reinforcing fiber, in addition to metal and carbon fiber, silk thread may be used, but the tube and the adhesive are well compatible, and the flexibility is high only in the operation direction and in the non-operation direction. You should choose one that is less flexible. It is preferable to use an adhesive of the same quality as the tube as an adhesive for joining them. The embodiments do not limit the present invention, and various modifications and improvements can be made without departing from the spirit of the present invention.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明のアクチュエータでは、チューブに接合される軸強化
繊維の始端と終端とがたがいに180゜対向することと
し、さらにチューブの両側に第一の軸強化繊維と第二の
軸強化繊維とが接合されるようにしたので、その出力端
は、その角度を変えることなく、また、チューブ軸方向
への変位を最小限としたまま、チューブ軸に対して垂直
な方向に変位する。これにより、薄板状対象物を確実に
把持することができ、また対象物に対するアクチュエー
タの取付位置の設定が容易で、小寸対象物の把持がしや
すい。また、2組以上の軸強化繊維を有しそれらの始端
と終端とがそれぞれチューブの同軸上に存在し、そして
チューブの両端が固定されることとしたので、アクチュ
エータの中央部にて対象物を把持し、対象物の重量によ
る振動発生が少なく、位置精度を向上できる。以上によ
り半導体製造分野に適した形状可変アクチュエータを提
供できる。As is apparent from the above description, in the actuator of the present invention, the starting end and the end of the shaft reinforcing fiber to be joined to the tube are opposed to each other by 180 °, and the first and second ends of the tube are provided on both sides of the tube. The shaft reinforcing fiber and the second shaft reinforcing fiber are joined to each other, so that the output end of the tube shaft does not change its angle and minimizes displacement in the tube axis direction. Displace in the direction perpendicular to. This makes it possible to securely grip the thin plate-shaped object, to easily set the mounting position of the actuator with respect to the object, and to easily grip a small object. In addition, since there are two or more sets of axial reinforcing fibers, the starting end and the end of which are on the same axis of the tube, and both ends of the tube are fixed, the object is located at the center of the actuator. Grasping and vibration due to the weight of the target object are small, and positional accuracy can be improved. Thus, a variable shape actuator suitable for the semiconductor manufacturing field can be provided.
【図1】本発明の一実施例である形状可変アクチュエー
タの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a variable shape actuator which is an embodiment of the present invention.
【図2】図1に示すアクチュエータの動きを示す図であ
る。FIG. 2 is a view showing the movement of the actuator shown in FIG. 1;
【図3】図1に示すアクチュエータの動きを示す図であ
る。FIG. 3 is a view showing the movement of the actuator shown in FIG. 1;
【図4】本発明の一実施例である形状可変アクチュエー
タの構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a variable shape actuator which is an embodiment of the present invention.
【図5】図4に示すアクチュエータの動きを示す図であ
る。FIG. 5 is a view showing the movement of the actuator shown in FIG. 4;
【図6】図4に示すアクチュエータの組合せによるウェ
ハ把持装置の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a wafer holding device by a combination of actuators shown in FIG. 4;
【図7】図6に示すウェハ把持装置の動きを示す図であ
る。FIG. 7 is a view showing the movement of the wafer holding device shown in FIG. 6;
【図8】本発明の一実施例である形状可変アクチュエー
タの構成を示す図である。FIG. 8 is a view showing a configuration of a variable shape actuator which is an embodiment of the present invention.
【図9】図8に示すアクチュエータの動きを示す図であ
る。FIG. 9 is a view showing the movement of the actuator shown in FIG. 8;
【図10】本発明の一実施例である形状可変アクチュエ
ータの構成を示す図である。FIG. 10 is a view showing a configuration of a variable shape actuator which is an embodiment of the present invention.
【図11】図10に示すアクチュエータの動きを示す図
である。FIG. 11 is a view showing the movement of the actuator shown in FIG. 10;
【図12】従来の形状可変アクチュエータの構成を示す
図である。FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a conventional variable shape actuator.
【図13】図12に示すアクチュエータの動きを示す図
である。FIG. 13 is a view showing the movement of the actuator shown in FIG.
【図14】図12に示すアクチュエータの動きを示す図
である。FIG. 14 is a diagram showing the movement of the actuator shown in FIG.
1、20 形状可変アクチュエータ 2、21 チューブ 3、22 周強化繊維 4、23、24 軸強化繊維 6、26、27 チューブホルダ 1,20 Shape variable actuator 2,21 Tube 3,22 Circumferential reinforcing fiber 4,23,24 Axial reinforcing fiber 6,26,27 Tube holder
Claims (3)
変アクチュエータにおいて、 第一の前記軸強化繊維は始端から始端と180゜対向す
る位置にある終端まで前記チューブの周囲に半周に渡っ
て接合され、 第二の前記軸強化繊維は前記第一の軸強化繊維の始端か
ら終端に渡って第一の軸強化繊維の反対側に接合されて
いることを特徴とする形状可変アクチュエータ。1. A variable shape actuator comprising: a flexible tube; a circumferential reinforcing fiber wound around the tube; and a shaft reinforcing fiber bonded to the tube; Is joined around the circumference of the tube halfway from the start end to the end at a position 180 ° opposite to the start end, and the second axial reinforcing fiber is the first from the start end to the end of the first axial reinforcing fiber. The shape variable actuator characterized by being joined to the opposite side of the axial reinforcing fiber.
各軸強化繊維の始端の位置が前記チューブの軸方向に対
して同一直線上にあることを特徴とする請求項1に記載
する形状可変アクチュエータ。2. It has a plurality of sets of the axial reinforcing fibers,
2. The variable shape actuator according to claim 1, wherein the position of the starting end of each axial reinforcing fiber is on the same straight line with respect to the axial direction of the tube.
する請求項2に記載する形状可変アクチュエータ。3. The variable shape actuator according to claim 2, wherein both ends are fixed.
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---|---|---|---|
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